Pramonė visame pasaulyje dėl korozijos kasmet praranda 2,5 trilijonus dolerių, o nerūdijančio plieno gedimai sudaro didelę šio skaičiaus dalį. Pavadinimas žada atsparumą, o ne imunitetą. Supratimas, kodėl šis apsauginis sluoksnis sugenda, yra skirtumas tarp 30 metų turto ir brangaus galvos skausmo.
Kaip nerūdijantis plienas apsisaugo - ir kur ši apsauga sugenda
Chromo oksido plėvelė: jūsų pirmoji gynybos linija
Nerūdijantis plienas yra atsparus korozijai dėl neįtikėtinai plonos chromo oksido plėvelės -, kurios storis yra maždaug 2–3 nanometrai. Šis pasyvus sluoksnis susidaro savaime, kai chromo kiekis viršija maždaug 10,5% ir yra deguonies. Tai taip pat savaime-gydo. Nubraukite jį deguonies-prisotintoje aplinkoje ir per kelias sekundes jis atsinaujins.
Tačiau štai ko dauguma žmonių pasigenda: savaiminis{0}}remontas turi ribas. Jei vietinė aplinka nuplėšia plėvelę greičiau, nei ji gali atsinaujinti, pasiekėte lūžio tašką. Korozija prasideda - tyliai, agresyviai ir dažnai nepastebimai.
Ką iš tikrųjų reiškia „pasyvavimo sluoksnio suskirstymas“.
Suskirstymas ne visada vienodas. Dažniau tai yra lokalizuotos - mažytės dėmės, kuriose plėvelė ištirpsta, o aplinkinės sritys lieka nepažeistos. Tai daro jį apgaulingu. Komponentas gali atrodyti puikiai ant paviršiaus, o duobės yra gilesnės apačioje. Kai pamatysite matomus pažeidimus, struktūrinis kompromisas jau gali būti rimtas. Tai apsunkina tikrinimo iššūkiai; Atliekant standartines vizualines patikras, požeminės duobės visiškai nepastebiamos.
Aplinkos veiksniai - Išoriniai užpuolikai
Chlorido jonų koncentracija: 1 priešas
Chlorido jonai unikaliai naikina nerūdijantį plieną, nes jie yra pakankamai maži, kad prasiskverbtų per pasyviąją plėvelę silpnose vietose ir užkirstų kelią pakartotiniam pasisyvavimui. Pasiekę apačioje esantį pliką metalą, jie sukuria elektrocheminį elementą, kuris pagreitina vietinį tirpimą.
Įvertinimas čia labai svarbus. 304 tipas pradeda rodyti atsparumo korozijai problemas, kai chlorido koncentracija yra net 200 ppm, o 316 (su pridėtu molibdenu) švelniomis sąlygomis toleruoja maždaug 1 000 ppm. Inžinieriai tai įvertina naudodami PREN - taškinio pasipriešinimo ekvivalento skaičių -, apskaičiuotą kaip %Cr + 3.3(%Mo) + 16(%N). PREN didesnis nei 40 paprastai rodo atsparumą jūros vandeniui.
Tikrieji pasaulio chlorido šaltiniai yra toli už vandenyno: -ledą šalinančios druskos greitkeliuose, chloruotas baseinų vanduo, sūrymas perdirbant maistą, net valymo priemonės, kurių sudėtyje yra druskos rūgšties.
Temperatūra ir jos dauginantis poveikis
Kas 10 laipsnių pakilimas maždaug dvigubai padidina korozijos reakcijos greitį. Kiekviena nerūdijančio plieno rūšis turi kritinę duobių susidarymo temperatūrą (CPT), žemiau kurios duobių susidarymas neprasidės, nepaisant chlorido kiekio. Naudojant 316 l, tai yra maždaug 15–20 laipsnių pagal 6% geležies chlorido bandymą. Stumkite virš CPT ir pasipriešinimas nukris nuo uolos.
Pavojingas derinys: vidutinė chlorido koncentracija ir aukšta temperatūra. Sistema, veikianti 60 laipsnių kampu su 500 ppm chloridų, gali rūdyti greičiau nei esant 20 laipsnių temperatūrai su 2000 ppm.
Kraštutiniai pH - Rūgštys ir stiprūs šarmai
Labai rūgšti aplinka -, ypač tos, kuriose yra sieros arba druskos rūgšties -, tiesiogiai ištirpina chromo oksido plėvelę. Tačiau šarminės sąlygos nėra automatiškai saugios. Koncentruoti kaustiniai tirpalai, kurių temperatūra viršija 50 laipsnių, sukelia įtempių korozijos įtrūkimus austenitinėse klasėse. Vien pH nepasakoja istorijos. 5 % sieros rūgšties tirpalas elgiasi labai skirtingai nei 50 %, net ir tuo pačiu pH matavimu.
Deguonies prieinamumas ir plyšių sąlygos
Pasyviajai plėvelei reikia deguonies. Nerūdijantį plieną įkiškite į mažą -deguonies tiekimo kišenę - po tarpikliu, sandarios jungties viduje, po nuosėdomis - ir pasikeičia vietinė chemija. Išsenka deguonis, krenta pH, koncentruojasi chlorido jonai. Tai yra plyšių korozija, kuri prasideda esant daug mažesniam chlorido kiekiui nei įdubimas ant atvirų paviršių. Tarp badaujančio plyšio ir deguonies prisotintos aplinkos susidaro diferencinės aeracijos ląstelės, kurios skatina ataką į vidų.
Medžiagos sudėtis - Ne visas nerūdijantis plienas yra vienodas
Klasių pasirinkimas ir legiravimo elementai
Chromas yra pagrindinė pasyvioji plėvelė. Molibdenas žymiai pagerina atsparumą chlorido poveikiui. Nikelis stabilizuoja austenitinę struktūrą ir padeda rūgščiomis sąlygomis. Štai greitas palyginimas:
| Įvertinimas | Cr% | Mo% | Tipiškas PREN | Geriausias naudojimo dėklas |
|---|---|---|---|---|
| 430 (feritinis) | 16-18 | 0 | ~17 | Vidinė, sausa aplinka |
| 304 (austenitas) | 18-20 | 0 | ~19 | Švelni chemija, gėlo vandens |
| 316 (austenitas) | 16-18 | 2-3 | ~25 | Jūrų-greta, maisto perdirbimas |
| 2205 (dvipusis) | 22-23 | 3-3.5 | ~35 | Didelis-chloridas, struktūrinis |
Ką nors pavadinti „nerūdijančiu plienu“, nenurodant klasės, panašu į tai, kaip sakyti „automobilis“, nenurodant, ar tai sedanas, ar sunkvežimis. Veiklos atotrūkis yra toks didelis.
Atsparumas tarpkristalinei korozijai: paslėptas silpnumas
Kai austenitinis nerūdijantis plienas yra kaitinamas tarp 450–850 laipsnių -, įprasta suvirinimo metu -, chromo karbidai nusėda ties grūdelių ribomis. Šis „jautrinimas“ pašalina gretimas chromo zonas, nuleisdamas jas žemiau 10,5% slenksčio, reikalingo pasyvavimui. Rezultatas: jautrumas tarpkristalinei korozijai, kuris puola išilgai grūdelių ribų, kaip vanduo po įtrūkimų betone.
Mažai{0}} anglies dioksido į aplinką išskiriantys variantai (304 l, 316 l) sumažina šią riziką ribodami turimą anglies kiekį. Stabilizuotos rūšys, kurių sudėtyje yra titano arba niobio, suteikia papildomą apsaugą. Bet kuriai suvirintai konstrukcijai korozinėje aplinkoje L-klasių nurodyti nebūtina, - tai būtina.
Paviršiaus apdaila ir jos nuostabi įtaka
Grubus paviršiaus apdaila sukuria mikroskopinius slėnius, kuriuose kaupiasi drėgmė, chloridai ir teršalai. Atliekant korozijos bandymus, elektropoliruoti paviršiai (Ra mažesnis nei 0,5 μm) žymiai pranoksta mechaniškai šlifuotus paviršius. Kita nepastebėta problema: geležies dalelės, įterptos gaminant anglinio plieno įrankiais. Šios dalelės pirmiausia korozuoja, tada sukuria vietinę chemiją, kuri atakuoja aplinkinį nerūdijantį plieną.
Projektavimo ir priežiūros klaidos, kurios pagreitina koroziją
Prastas drenažas ir vandens gaudymas
Stovintis vanduo yra chlorido koncentratorius. Vandeniui išgaravus, ištirpusios druskos pasilieka ir per pasikartojančius šlapio{1}džiovinimo ciklus susidaro korozinis lygis. Plokšti paviršiai be drenažo šlaitų, į viršų nukreipti kanalai-ir neventiliuojami aptvarai – visa tai skatina šį gedimo režimą. Geras dizainas pašalina kišenes, kuriose gali kauptis vanduo.
Galvaninė korozija dėl skirtingų metalinių kontaktų
Prijunkite nerūdijantį plieną prie ne tokio tauriojo metalo, kai yra elektrolito, ir ne toks taurusis metalas pirmiausia rūdys. Tačiau pakeiskite paviršiaus ploto santykį -, tarkime, mažas anglinio plieno varžtas didelėje nerūdijančio plieno plokštėje - ir tas varžtas agresyviai korozuoja. Dažnos klaidos: prie nerūdijančio plieno rėmų pritvirtinti aliuminio laikikliai, anglinio plieno spaustukai ant nerūdijančio vamzdyno, varinė santechnika, tiesiogiai prijungta prie nerūdijančio plieno jungiamųjų detalių.
Įprasto valymo nepaisymas
Geležies dulkės, susidarančios šalia šlifavimo operacijų, organinės nuosėdos ir bioplėvelės – visa tai pažeidžia pasyvų sluoksnį. Reguliarus valymas švelniu plovikliu pašalina šias grėsmes, kol jos nesukuria korozijos vietų. Pramoninėse aplinkose kas ketvirtį valant ne-chloridiniu valikliu, tarnavimo laikas pailgėja metais.
Kaip pasirinkti ir apsaugoti nuo korozijos nerūdijantį plieną
Įvertinimo suderinimas su aplinka
Praktinė sprendimų sistema: Pirma, nustatykite chlorido poveikio lygį. Antra, patikrinkite darbinę temperatūrą. Trečia, įvertinkite pH diapazoną. Ketvirta, projektuodami atsižvelkite į plyšių geometriją. Jei chloridų kiekis viršija 200 ppm arba temperatūra viršija 60 laipsnių, padidinkite nuo 304 iki 316. Jei PREN reikalavimai viršija 25, įvertinkite duplekso arba super{9}}austenitines klases, pvz., 904L arba 6 % Mo lydinius.
Po-gamybos pasyvavimo apdorojimas
Suvirinimas, šlifavimas ir apdirbimas pažeidžia pasyviąją plėvelę ir įterpia teršalus. Pasyvavimas po-gamybos - naudojant citrinos rūgštį (saugesnė, ekologiškesnė) arba azoto rūgštį (tradicinė, agresyvi) - ištirpina laisvą geležį ir atkuria chromo oksido plėvelę. Kiekvieną kartą, kai eksploatacijos metu atsiranda mechaninių pažeidimų, turi būti atliktas pakartotinis pasyvavimas.
Apsauginės dangos ir katodinė apsauga
Kai plikas nerūdijantis plienas negali susidoroti su aplinka vienas - palaidoti vamzdynai, ekstremalus cheminis poveikis, purslų zonos - papildoma apsauga. Galimos pasirinktys: epoksidinės dangos, terminiai purškimo barjerai ir įspūdingos{3}}katodinės apsaugos sistemos. Tai padidina išlaidas, bet apsaugo nuo katastrofiškų kritinių programų gedimų.
Final Takeaway
Nerūdijančio plieno korozija nėra atsitiktinė -, ją galima nuspėti, kai suprantate aplinkos, medžiagos kokybės ir dizaino sąveiką. Kiekviena nesėkmė kyla dėl neatitikimo tarp to, ką gali atlaikyti plienas, ir to, ką iš jo reikalaujama ištverti.
Skirkite dešimt minučių ir patikrinkite, kokį lygį iš tikrųjų naudojate, atsižvelgiant į konkrečias poveikio sąlygas. Jei nurodote nerūdijantį plieną naujam projektui arba šalinate netikėtus gedimus, pasitarkite su medžiagų inžinieriumi - tinkamos rūšies parinkimo kaina yra nereikšminga, palyginti su priešlaikiniu pakeitimu. Norėdami gauti išsamesnių patarimų, kaip pasirinkti vieną iš skirtingų rūšių, peržiūrėkite mūsų nerūdijančio plieno pasirinkimo išteklius ir atsparumo korozijai vadovus.
Dažnai užduodami klausimai
Q:Ar nerūdijantis plienas gali rūdyti normalioje patalpų aplinkoje?
A: Taip, nors tai nėra įprasta su atitinkamais pažymiais. Patalpų korozija paprastai įvyksta, kai 430 -klasės plienas yra veikiamas drėgnų sąlygų su ore esančiais chloridais (pavyzdžiui, prie vidaus baseinų) arba kai ant paviršiaus patenka geležies užteršimas iš konstrukcijų. Įprastose sausose patalpose 304 klasė neribotą laiką išlieka be korozijos.
Q:Ar 316 nerūdijantis plienas rūdija sūriame vandenyje?
A: Gali, ypač sustingusiame arba šiltame jūros vandenyje. Visiškas panardinimas į jūros vandenį laikui bėgant viršija 316 chlorido jonų koncentracijos toleranciją, ypač plyšiuose. Jūrų programoms, kurioms reikalingas ilgalaikis-patikimumas, paprastai reikia dvipusio sluoksnio arba super-austenito, kurių PREN vertės viršija 40.
Q:Kaip sužinoti, ar mano nerūdijantis plienas pradeda rūdyti?
A. Ankstyvieji požymiai yra arbatos spalvos dėmė{0}}, mažos rudos arba oranžinės dėmės (dėmių atsiradimas) ir šiurkšti tekstūra anksčiau lygiose vietose. Nuvalykite paviršių balta šluoste, sudrėkinta vandenyje - rūdžių- spalvos likučiai rodo aktyvią koroziją. Kritinių komponentų atveju dažų įsiskverbimo bandymas atskleidžia plika akimi nematomus požeminius įtrūkimus.
Q:Ar magnetinis nerūdijantis plienas labiau linkęs į koroziją?
A: Apskritai, taip. Magnetinėms klasėms (feritinė 430, martensitinė 410) trūksta nikelio ir molibdeno priedų, kurie padidina atsparumą korozijai. Tačiau vien magnetizmas nėra patikimas indikatorius, - šaltai apdorotas-304 gali tapti šiek tiek magnetinis neprarandant atsparumo korozijai. Pažymėjimo sertifikatas yra svarbesnis nei magneto testas.
Q:Kaip dažnai reikia valyti nerūdijantį plieną, kad būtų išvengta korozijos?
A: Pakrantės ar pramoninėje aplinkoje kas mėnesį skalbti šiltu vandeniu ir švelniu muilu yra pagrįstas pagrindas. Vidaus architektūrines programas gali prireikti valyti tik kas ketvirtį. Pagrindinis principas: pašalinkite nuosėdas, kol jos nesukuria deguonies{2}}sumažėjusių zonų. Agresyvesnė aplinka reikalauja dažnesnio dėmesio.
Q:Kuo skiriasi taškinė korozija nuo bendros nerūdijančio plieno korozijos?
A: Bendroji korozija pašalina medžiagą tolygiai per visą paviršių - reta nerūdijančiam plienui daugelyje aplinkų. Dėl duobių susidaro gilios, siauros skylės, o aplinkinis metalas atrodo nepaliestas. Įdubimas yra daug pavojingesnis, nes jis koncentruoja medžiagų nuostolius, gali greitai prasiskverbti į sienelės storį ir jį sunku aptikti, kol neįvyksta gedimas.
